表面热处理与化学热处理.ppt
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1、表面工程表面工程第三章第三章 表面热处理及化学热处理表面热处理及化学热处理5/26/20245/26/20241 1.主要内容主要内容3.1 3.1 表面热处理表面热处理3.2 3.2 化学热处理化学热处理5/26/20245/26/20242 2.3.1 表面热处理表面热处理l定义:定义:仅对钢的表面加热、冷却而不仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺。改变其成分的热处理工艺。5/26/20243.3.1.1 表面淬火技术的原理和特点表面淬火技术的原理和特点n一、表面淬火技术的一、表面淬火技术的定义与分类定义与分类n(1)定义:采用特定热源将钢铁材料表面快速加)定义:采用特定热源将
2、钢铁材料表面快速加热到热到Ac3(亚共析钢)或(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)之上,(过共析钢)之上,快速冷却,发生马氏体相变,形成表面强化层的快速冷却,发生马氏体相变,形成表面强化层的工艺,称工艺,称表面淬火技术表面淬火技术。n(2)分类:根据热源不同,可分为:)分类:根据热源不同,可分为:感应加热感应加热火焰加热火焰加热激光加热激光加热 电子束加热电子束加热5/26/20244.n(3)适用范围)适用范围1.碳含量在碳含量在0.35%1.20%的中、高碳钢;的中、高碳钢;2.基体相当于中碳钢的普通灰铁、球铁、可锻铸基体相当于中碳钢的普通灰铁、球铁、可锻铸铁、合金铸铁;铁、合金铸铁;3.中碳
3、钢与球铁最适合。中碳钢与球铁最适合。5/26/20245.中碳钢最适合表面淬火的原因中碳钢最适合表面淬火的原因n中碳钢经预先热处理(正火或调质)后进中碳钢经预先热处理(正火或调质)后进行表面淬火,不但心部有较高综合力学性行表面淬火,不但心部有较高综合力学性能,且表面有较高硬度和耐磨性;能,且表面有较高硬度和耐磨性;n高碳钢表面淬火后,表面硬度和耐磨性虽高碳钢表面淬火后,表面硬度和耐磨性虽高,但心部塑性与韧性较低;高,但心部塑性与韧性较低;n低碳钢表面强化效果不显著。低碳钢表面强化效果不显著。5/26/20246.二、表面淬火技术与常规淬火技术的区别二、表面淬火技术与常规淬火技术的区别1.加热速
4、度高,钢的相变点温度大幅度提高;加热速度高,钢的相变点温度大幅度提高;2.快速加热,奥氏体晶粒及亚结构显著细化;快速加热,奥氏体晶粒及亚结构显著细化;3.加热速度很高时,钢产生无扩散奥氏体相变;加热速度很高时,钢产生无扩散奥氏体相变;4.冷却速度比整体淬火快,硬度比普通淬火高;冷却速度比整体淬火快,硬度比普通淬火高;5.热源能量密度越高,加热速度越快,硬度越高。热源能量密度越高,加热速度越快,硬度越高。6.快速加热,渗碳体难以充分溶解,奥氏体成分不快速加热,渗碳体难以充分溶解,奥氏体成分不均匀,显微硬度不均匀;均匀,显微硬度不均匀;7.常需预先热处理,使碳化物或自由铁素体均匀、常需预先热处理,
5、使碳化物或自由铁素体均匀、细小分布。细小分布。5/26/20247.三、表面淬火层的组织与性能三、表面淬火层的组织与性能n1、组织、组织n沿试样横截面分三个区:淬硬区、过渡区、心沿试样横截面分三个区:淬硬区、过渡区、心部部(1)淬硬区:全部马氏体)淬硬区:全部马氏体(2)过渡区:马氏体)过渡区:马氏体+自由铁素体自由铁素体(3)心部:原始组织)心部:原始组织5/26/20248.n2、表面淬火层的性能、表面淬火层的性能n硬度比普通淬火工艺高硬度比普通淬火工艺高2-5HRC;n耐磨性比普通淬火好;耐磨性比普通淬火好;n提高轴类零件的疲劳强度;提高轴类零件的疲劳强度;n缺口敏感性下降。缺口敏感性下
6、降。5/26/20249.(1 1)原原理理:工工件件放放在在有有足足够够功功律律的的输输出出的的感感应应线线圈圈中中,在在高高频频交交流流磁磁场场作作用用下下,产产生生很很大大感感应应电电流流,由由于于集集肤肤效效应应而而集集中中分分布布于于工工件件表表面面,使使受受热热区区迅迅速速加加热热到到钢钢的的相相变变临临界界温温度度之之上上,然然后后在在冷冷却却介介质质中中快快速速冷冷却却,使使工工件件表表层层获得马氏体。获得马氏体。3.1.1 感应加热表面热处理感应加热表面热处理5/26/202410.高频高频(200300KHz),=0.52mm 中频中频(25008000Hz),=25mm工
7、频工频(50Hz),=1015mm碳钢:碳钢:钢中电流透入深度钢中电流透入深度 的计算简化公式:的计算简化公式:式中,式中,f为电流频率。为电流频率。5/26/202411.过热度大过热度大 细小隐晶细小隐晶M组织,高组织,高23HRC 表层存在很大的残余压应力表层存在很大的残余压应力 无氧化、脱碳,工件变形很小无氧化、脱碳,工件变形很小 易于实现机械化与自动化易于实现机械化与自动化(2)(2)适用的钢种适用的钢种中碳钢和中碳低合金钢,例:中碳钢和中碳低合金钢,例:4545、40Cr40Cr、40MnB40MnB先正火或调质先正火或调质心部综合性能好,表面硬(心部综合性能好,表面硬(50HRC
8、50HRC)(3)(3)特点特点最大尺寸的马氏体片小到光学显微镜无法分辨时,称为隐最大尺寸的马氏体片小到光学显微镜无法分辨时,称为隐晶马氏体。晶马氏体。5/26/202412.缺点:缺点:设备较贵;设备较贵;易产生尖角效应易产生尖角效应尖角棱边过热;尖角棱边过热;形状复杂零件处理困难。形状复杂零件处理困难。5/26/202413.感应加热表面淬火实物及示意图感应加热表面淬火实物及示意图5/26/202414.3.1.2 火焰加热表面热处理火焰加热表面热处理火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图原理:将高温火焰或燃烧着的炽热气体原理:将高温火焰或燃烧着的炽热气体喷向工件表面,使其迅速加热到
9、淬火温喷向工件表面,使其迅速加热到淬火温度,然后在淬火介质中冷却。度,然后在淬火介质中冷却。5/26/202415.l优点:优点:设备简单,成本低,方法灵活,简便易行。设备简单,成本低,方法灵活,简便易行。l缺点:缺点:生产率低,易过热,质量难控制,不均匀。生产率低,易过热,质量难控制,不均匀。l应用:应用:适于单件、小批量及大型零件适于单件、小批量及大型零件局部表面淬火。局部表面淬火。燃料:燃料:乙炔乙炔-氧氧或煤气或煤气-氧氧5/26/202416.激光器激光器冷水机组冷水机组数控加工数控加工机床机床总控制台总控制台3.1.3 激光表面热处理激光表面热处理激光加工系统设备组成激光加工系统设
10、备组成5/26/202417.(1)定义:定义:激光快速扫描工件表面,表面薄层急剧升温激光快速扫描工件表面,表面薄层急剧升温到相变点以上,激光移开后,高温薄层在基底冷却下,到相变点以上,激光移开后,高温薄层在基底冷却下,进行进行自冷淬火自冷淬火,从而产生相变硬化。,从而产生相变硬化。5/26/202418.(2)影响淬硬层的主要因素)影响淬硬层的主要因素n材料成分:淬硬性和淬透性材料成分:淬硬性和淬透性深度、硬度。深度、硬度。如:钢如:钢含碳量增加含碳量增加马氏体含量增加马氏体含量增加硬度高。硬度高。n工艺参数:工艺参数:淬火层宽度淬火层宽度光斑直径光斑直径D 淬硬层深度淬硬层深度功率功率P、
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